Best network chirplet-chain: Near-optimal coherent detection of unmodeled gravitation wave chirps with a network of detectors

The searches of impulsive gravitational waves (GW) in the data of the ground-based interferometers focus essentially on two types of waveforms: short unmodeled bursts and chirps from inspiralling compact binaries. There is room for other types of searches based on different models. Our objective is to fill this gap. More specifically, we are interested in GW chirps with an arbitrary phase/frequency vs. time evolution. These unmodeled GW chirps may be considered as the generic signature of orbiting/spinning sources. We expect quasi-periodic nature of the waveform to be preserved independent of the physics which governs the source motion. Several methods have been introduced to address the detection of unmodeled chirps using the data of a single detector. Those include the best chirplet chain (BCC) algorithm introduced by the authors. In the next years, several detectors will be in operation. The joint coherent analysis of GW by multiple detectors can improve the sight horizon, the estimation of the source location and the wave polarization angles. Here, we extend the BCC search to the multiple detector case. The method amounts to searching for salient paths in the combined time-frequency representation of two synthetic streams. The latter are time-series which combine the data from each detector linearly in such a way that all the GW signatures received are added constructively. We give a proof of principle for the full sky blind search in a simplified situation which shows that the joint estimation of the source sky location and chirp frequency is possible.Comment: 22 pages, revtex4, 6 figure

Développement et caractérisation d'un hydrogel thérapeutique pour la régénération du tissu osseux

Le tissu osseux est caractérisé par sa matrice minéralisée qui est soumise à des activités de formation et de résorption assurant son renouvellement et son remaniement tout au long de la vie. En cas de lésions, l os est capable de se réparer naturellement de façon à rétablir son intégrité et ses propriétés physiques. Cependant, certaines pathologies ou interventions chirurgicales peuvent aboutir à des pertes massives de substance osseuse et le processus naturel d autoréparation est alors insuffisant. En première intention, la greffe osseuse est envisagée (autogreffe et allogreffe), néanmoins, du fait d une disponibilité réduite et des risques de rejet et de transmission d agents infectieux, cette technique n est pas réalisable dans toutes les situations cliniques. Le chirurgien peut alors avoir recours à des biomatériaux ostéoconducteurs mais ceux-ci ne sont utilisables que dans le cas de comblement de défauts de petite taille car ils sont simplement un support passif à la néoformation osseuse. Ces limites pourraient être dépassées grâce au concept d ingénierie tissulaire, en concevant des biomatériaux innovants ayant un fort pouvoir ostéogène conféré notamment par des facteurs de croissance ou des cellules ostéoprogénitrices. Dans notre travail, nous avons cherché à mettre au point un nouveau produit d ingénierie tissulaire permettant la réparation de défauts osseux. La stratégie envisagée repose sur l association d un support tridimensionnel et de cellules souches adultes dérivées du tissu adipeux humain (ASC). L originalité du système provient de la matrice tridimensionnelle, qui est un hydrogel thermosensible composé de monomère synthétique Glycosyl-Nucléoside-Fluoré (GNF) de faible poids moléculaire. Dans le domaine de la régénération osseuse, les hydrogels cellularisés sont généralement utilisés comme matrice associée à des molécules ostéogéniques (BMP2, Béta-Glycérophosphate) ou à des ions (Calcium : Ca2+, Phosphate : PO42-) pour permettre la differenciation ostéoblastique des cellules encapsulées dans le gel. Cependant, dans notre travail, nous n avons pas fait appel à ces facteurs ostéogéniques. Notre étude a révélé que l hydrogel de GNF possède les critères essentiels pour être utilisé en clinique : la non-toxicité, la biocompatibilité, la biodégradabilité, l injectabilité et la biointégration. Des injections de complexe gel/ASC réalisées en site ectopique chez l animal ont démontré que le gel se forme in situ en moins de 20 minutes et que les cellules encapsulées ont survécu pendant plusieurs mois. In situ, les ASC se sont différerenciées en ostéoblastes matures, exprimant la phosphatase alcaline et l ostéocalcine et synthétisant une matrice extracellulaire riche en phosphate de calcium. Ces travaux ont donc permis de développer un produit d ingénierie tissulaire innovant, associant un support tridimensionnel, l hydrogel de GNF, à une composante cellulaire, les ASC. Cette matrice cellularisée apparaît prometteuse comme système injectable pour des applications cliniques de régénération osseuse.Bone tissue is characterized by its mineralized matrix which is subject to formation and resorption activities ensuring its renewal and remodeling throughout the life. In case of damage, the bone can repair itself naturally to restore its integrity and its physical properties. Nevertheless, some pathologies or surgical procedures can lead to massive loss of bone and the natural process of self-repair is insufficient. First line, the bone graft is considered (autograft and allograft), however, due to reduced availability and risks of rejection and transmission of infectious agents, this technique is not feasible in all clinical situations. The surgeon can then make use of osteoconductive biomaterials but these are only usable in the case of filling of small defects because they are simply passive scaffold for bone formation. These limits may be exceeded through the concept of tissue enginee- ring, designing innovative biomaterials with high osteogenic power conferred by particular growth factors or osteoprogenitor cells. In our work we seek to develop a new product of tissue engineering to repair bone defects. The proposed strategy is based on the combination of a three-dimensional scaffold and adult stem cells derived from human adipose tissue (ASC). The originality of this system comes from the three-dimensional matrix, which is a thermosensitive hydrogel composed of synthetic monomeric Glycosyl-Nucleoside-Fluorinated (GNF) low molecular weight. In the field of bone regeneration, hydrogels are generally used as cellularized matrix molecules associated with osteogenic (BMP2, Beta-Glycerophosphate) or ions (Calcium : Ca2+, Phosphate : PO42-) to allow osteoblast differentiation of cells encapsulated in the gel. However, in our work, we have not used these osteogenic factors. Our study revealed that the hydrogel of GNF has the essential criteria to be used in clinical practice : non-toxicity, biocompatibility, biodegradability, injectability and biointegration. Injections of gel/ASC complex performed in animal ectopic site have showed that the gel is formed in situ within 20 minutes and encapsulated cells survived and proliferated for several months. In situ, ASC were differentiated into mature osteoblasts expressing alkaline phosphatase and osteocalcin and synthesizing an extracellular matrix rich in calcium phosphate. So, this work has allowed the development of an innovative product for tissue engineering, combining a three-dimensional scaffold, the GNF based hydrogel, a cellular component, the ASC. This cellularized matrix appears promising as injection system for clinical applications of bone regeneration.BORDEAUX2-Bib. électronique (335229905) / SudocSudocFranceF

Rôle des isoformes des récepteurs de l'hormone thyroïdienne dans la physiologie osseuse

Les désordres thyroidiens sont la cause de sévères altérations du développement, de la maturation et de l'ossification chez l'enfant et du maintien de la masse osseuse chez l'adulte. Les gènes Thra et Thrb codent différents isoformes de récepteurs de l'hormone thyroidienne capables de réguler l'expression génique en réponse à T3 (TRa2, TRb1, TRb2). Pour comprendre les mécanismes moléculaires et identifier le rôle des isoformes dans la maturation et du remodelage osseux (différenciation, expression, prolifération), nous avons étudié les phénotypes squelettiques d'animaux invalidés pour l'un ou l'autre de ces gènes (TRa0/0, TRb-/- et in vitro l'effet de ces mutations dans l'action de l'hormone thyroidienne sur la différenciation et la prolifération des chondrocytes. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence le rôle majeur de TRb dans la différenciation chondrocytaire et une augmentation du turnover chez les souris TRa se manifestant par l'augmentation de leur masse osseuse.Childhood hypothyroidism results in severely skeletal development and adult thyrotoxicosis causes osteoporosis. To investigate molecular mechanism underlying these abnormalities we characterized the skeletal phenotypes of mice lacking either thyroid hormone receptor a or b (TRa 0/0, TRb-/-) and leaded in vitro chondrocytes studies. During growth, absence of TRa in TRa0/0 mice, resulted in skeletal hypothyroidism, growth retardation, delayed ossification and reduced calcified bone and, lack of TRb resulted in skeletal hyperthyroidism, accelerated growth, advanced ossification and increased calcification. Adult TRa0/0 mice have osteosclerosis, whereas TRb-/- were osteoporotic. Elsewhere, TRb appears to be necessary for T3-induced differenciation of chondrocytes compare to the TRa. The gene TRa appears as a major regulator of skeletal development and bone mineral accrual and in the maintenance of adult bone structure and mineralization.BORDEAUX2-BU Santé (330632101) / SudocSudocFranceF

Rôle de deux protéines de la matrice extracellulaire osseuse, l'ostéopontine (OPN) et la sialoprotéine osseuse (BSP), dans la réparation osseuse par génétique expérimentale chez la souris

Un os long est composé de tissus osseux cortical et spongieux. Ces tissus ont des structures et des caractéristiques physiques différentes mais ont tous deux la capacité de se régénérer de façon naturelle suite à une lésion. Cette régénération ou réparation implique une séquence bien caractérisée d événements contrôlés par l interaction étroite entre des facteurs de croissance, des cellules, l environnement chimique et dynamique, ainsi que par la matrice extracellulaire. L ostéopontine (OPN) et la sialoprotéine osseuse (BSP) sont des protéines de la matrice extracellulaire exerçant des fonctions importantes dans le tissu osseux. Le but de ce travail a été d étudier le rôle de l OPN et de la BSP dans la réparation osseuse par génétique expérimentale. Les modèles utilisés dans cette études consistent en des lésions, l un diaphysaire et purement cortical, l autre région épi-métaphysaire mêlant destruction de l os cortical, trabéculaire et de la plaque de croissance. La réparation de ces lésions a été analysée par microtomographie haute résolution aux rayons X et par histomorphométrie. Dans un premier temps, la réparation d une perforation épi-métaphysaire dans le fémur chez la souris, a été caractérisée et comparée à celle de même diamètre réalisée dans la diaphyse. Dans cette étude comparative, des profils distincts de réparation ont été mis en évidence bien que tous deux mettent en place un mécanisme d ossification intramembranaire. Ainsi, le défect cortical diaphysaire est comblé par une formation osseuse centripète restreinte à la zone corticale. Dans le modèle épi-métaphysaire, la formation osseuse est initiée au fond du défect et se propager vers le cortex. Ce processus aboutit à une restauration des travées mais à une réparation incompléte du cortex. Ainsi, le premier modèle apparaît comme pertinent pour l étude de la réparation corticale alors que le modèle épi-métaphysaire se présente plus adapté à l étude de la réparation de l os trabéculaire. L OPN et la BSP n ont pas de fonctions redondantes dans la réparation de ces lésions. En effet, l OPN intervient principalement dans la réparation de l os trabéculaire, son absence entraîne un retard lié à un défaut de progression de l os au sein de la cavité. L absence de BSP quant à elle, semble intervenir uniquement dans le processus de réparation de l os cortical diaphysaire, provoquant un retard de réparation dû à un défaut de minéralisation de l ostéoïde. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont permis de caractériser des modèles de lésions osseuses pertinents pour l étude de la réparation de l os cortical et spongieux. L utilisation de ces modèles a permis d améliorer la compréhension du rôle de deux protéines de la matrice extracellulaire osseuse dans la réparation de cortical et trabéculaire grâce aux modèles de génétique expérimentale.Long bones consist of cortical and spongious bone tissue, which have different structures and physiological characteristics. Both can heal spontaneously. Bone healing is a complex multi-step process which depends on cells, soluble factors, mechanical environment and bone matrix. Osteopontin (OPN) and Bone Sialoportein (BSP) are extracellular matrix proteins, which have been shown to exert important functions in bone. The aim of this study is to address the role of OPN and BSP in bone repair using experimental genetic strategies. Injured bone models are drilled-hole defects performed in diaphyseal cortical bone or in the epi-metaphyseal region. Bone healing was analyzed by micro-tomography and histomorphometry. Epi-metaphyseal defect healing was characterized and compared to cortical bone repair. In this comparative study, distinct patterns of bone repair have been shown while in both models repair occurs through intramembranous ossification. Diaphyseal defect was rapidly filled with newly bone formed in a centripetal manner within the cortical gap. In contrast, bone formation within the epi-metaphyseal defect was initiated from the depth of the cavity and spread towards the cortical edges, regenerating cancellous bone and albeit not completely cortical wall. Therefore, diaphyseal drill defects appear pertinent for the study of spontaneous cortical healing whereas epi-metaphyseal drill defects appear as appropriate models to investigate spongy bone regeneration. OPN and BSP do not show redundancy in the bone repair process of these two models. Indeed, OPN is mainly involved in trabecular bone repair; its deficiency induced a delay due to impaired bone progression within the epi-metaphyseal cavity. The lack of BSP only delayed cortical bone repair due to an impaired mineralization of the bone matrix. This study permits to characterize pertinent models of cortical and trabecular bone repair. Application of these models added new insights on the involvement of matrix proteins in cortical defect healing and trabecular bone repair using experimental genetic models.BORDEAUX2-Bib. électronique (335229905) / SudocSudocFranceF

Minimum sampling of the celestial sphere adpated to the terrestrial gravitational antenna array

Dans cet article, nous traitons de la construction d'un ensemble d'échantillons de la sphère céleste permettant la détection et l'estimation de la direction d'arrivée d'une onde gravitationnelle par un réseau de détecteurs. Cette détection s'effectue classiquement en calculant le rapport de vraisemblance issu du Test du rapport de vraisemblance généralisé pour des échantillons uniformément répartis sur la sphère céleste. Cette répartition des échantillons n'est pas adapté au réseau irrégulier considéré ici. Par ailleurs la taille de l'ensemble utilisé doit être restreint afin que le coût de calcul de la procédure de détection reste raisonnable. Nous proposons ici une méthode d'échantillonnage assurant la couverture totale du ciel avec un minimum de points. Ce problème peut se formuler sous la forme d'un problème de recouvrement de la sphère par des ellipses issues du développement de Taylor d'ordre 2 du rapport de vraisemblance issu de l'utilisation du GLRT. Nous proposons de relâcher le problème en effectuant un suréchantillonnage préalable de la sphère. L'ensemble suréchantillonné peut alors être réduit à un ensemble de taille minimale adapté à la géométrie et aux orientations des détecteurs en résolvant un problème d'optimisation en nombre entier sous contraintes linéaires. Nous proposons de résoudre ce problème de grande taille par un algorithme glouton fondé sur une relaxation du problème lagrangien dual

Detection of multi-component chirps and application to the gravitational waves of extreme mass-ratio binaries

Dans cet article, nous traitons de l'estimation et de la détection de signaux chirps complexes à évolution de phase inconnue et présentant de nombreuses harmoniques, émis par des sources astrophysiques connues sous le nom de Binaires à Rapport de Masses Extrême. Aucune expression analytique simple n'existe ici pour la forme d'onde, si bien que les méthodes habituelles fondées sur le filtrage adapté sont inopérantes. Nous proposons ici de mettre à profit la caractérisation générale de la forme d'onde dans le plan temps-fréquence; en effet le signal émis peut être modélisé comme la superposition de signaux chirps dont les fréquences évoluent presque parallèlement. Nous montrons tout d'abord que la statistique optimale consiste à intégrer l'énergie du signal reçu suivant un "peigne temps-fréquence". Nous proposons alors une méthode permettant de maximiser efficacement l'énergie sur un peigne comportant plusieurs harmoniques, en construisant une série de chaînes de chirplets dont les évolutions fréquentielles sont liées et déterminées par deux paramètres de fréquences dépendant du temps. La maximisation de la statistique sur ces deux paramètres peut s'effectuer conjointement par un algorithme de programmation dynamique. Cette méthode permet d'estimer efficacement les harmoniques d'un signal astrophysique recherché noyé dans du bruit instrumental

Thyroid hormone regulates heparan sulfate proteoglycan expression in the growth plate

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